• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.493-505
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• 2013

본 수치해석논문에서는 절리와 단층대를 포함한 지열저류층에 수리자극을 가할 시 수반되는 유도지진과 단층대의 변형을 개별요소법을 사용하여 모델링하였다. 수채해석기법은 2차원 입자유동코드를 기반으로 하며 수리역학적 상호작용기법과 미소파괴음의 모멘트텐서 역산알고리즘이 결합되었다. 수치해석의 주요결과로는 시공간적으로 변하는 유도지진의 분포와 규모 그리고 단층대의 변형(파괴 및 전단변위)과 주입유체압력의 시공간적 분포와의 상관관계이다. 첫 번째 수치해석으로부터 절리가 분포하는 지열저류층에서의 수리자극에 의한 유도지진의 분포는 주입유체의 점성에 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다. 주입유체의 점성이 낮은 경우 (1 cP), 유도지진의 발생범위가 큰 것으로 나타났으며, 주입 후 발생하는 유도지진의 개수와 규모 또한 높게 나타났다. 단층대가 존재하는 지열저류층의 수리자극 모델링의 결과, 주입정의 위치가 단층대와 가까운 경우 작은 주입수 압력분포(<0.1 MPa)로도 단층대의 파괴와 전단변형을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서 소개한 수치해석기법은 수리자극을 통한 지열저류층 개발 시 유도지진의 분포와 규모를 실제 유체주입작업전에 예측할 수 있게 함으로써 지열에너지개발 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2008년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.79-88
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• 2008

1994년 처음으로 국내 지반공학자들에게 소개된 수압파쇄 시험법은, 측정장비 및 해석방법에 있어서 많은 발전을 이루어 왔다. 파이프라인 타입이었던 제1세대 수압파쇄 시험장비는 다루기가 쉽지 않았고 파이프 연결부위에서의 압력 누설 문제가 대두되면서, 제2세대라 불리는 와이어라인 타입으로 보완된 바 있으나, 기존의 시스템에 비해 많은 장점을 가짐에도 불구하고 공기압축기를 별도로 설치해야 하는 문제점을 여전히 안고 있어, 2004년 이후 이를 모두 포함하는 현재의 제3세대 all-in-one 시스템으로 보완된 바 있다. 장비의 발전과 함께, 응력해석을 위한 소프트웨어의 발전도 꾸준히 진행되어온 바, 불확실한 결정값으로 인해 가장 다루기 어려운 균열폐쇄압력에 대하여 여러 가지 기법을 적용함으로써 가장 합리적인 값을 도출해내는 방법의 개발이 그 한 예가 될 것이다. 이러한 지난 10여년 간의 기술발전과 함께 국내 대부분의 지역에서 수행된 수압파쇄시험을 통하여 대한민국의 거의 전 지역에 대한 측정결과들을 축적할 수 있었으며, 현재 이 결과값은 터널굴착을 위한 기초설계단계에서 널리 활용되고 있다. 향후 해저터널의 건설과 관련하여 해상에서의 수압파쇄 초기응력측정법 또한 꾸준히 개발되고 있으나, 지금까지 축적된 내륙에서의 초기응력 측정값이 해저터널의 안전한 설계를 위해 직간접적으로 사용되어지길 기대하며, 현재까지 수압파쇄시험을 통해 얻어진 한반도의 초기응력의 평균 크기와 방향을 지질학적 특성결과와 관련 지어 제시하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제18권2호
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• pp.149-161
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• 2008

특수한 지질조건을 제외하면 이론적이거나 물리적인 방법으로 특정지역의 정확한 암반 초기응력 상태를 예측하기는 거의 불가능하다. 이는 토목공학이나 광업개발과 관련된 문제에 있어 암반 응력에 대한 신뢰성 있는 정보를 얻는 유일한 방법은 현장 측정에 위해서만 가능함을 의미한다. 1990년대 이후 국내 경상분지 영역 내암반 구조물 설계단계에서 정량적인 정보를 획득하기 위해 많은 현장 초기응력 측정이 수행되어 오고 있다. 본 논문의 연구지역은 경상분지의 지표로부터 심도 300 m 미만 지하공간으로 위치적으로 동쪽의 부산에서 서쪽으로는 여수를 포함하는 광범위한 지역을 포함한다. 현장 초기응력 측정은 대부분 지표 시험공을 이용하여 심도 $14m{\sim}300m$ 영역에서 수압파쇄법에 의해 총 270회 시행되었다. 본 논문에서는 현장 측정 자료를 바탕으로 전체 연구지역에 현재 형성되어 있는 초기응력 상태, 화강암류와 안산암류 지역에서의 초기응력 분포 특성 차이에 대해 논의하고자 한다. 그리고 마지막으로 부산 일원과 양산 단층대 지역 내 수평응력 방향성의 국부적 분포 양상에 대해 소개하도록 하겠다.

• 터널과지하공간
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• 제25권4호
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• pp.320-331
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• 2015

본 논문에서는 독일 북부의 그로스 쉐네벡 지역에서 진행된 EGS 실증프로젝트를 수리자극 시험 중심으로 소개한다. 이 지역에서는 사암 및 화산암으로 이루어진 심도 4 - 4.4 km의 지층 내에 각각 1개의 주입정과 생산정을 갖는 순환 시스템을 구성했다. 정단층 및 주향이동단층 응력상태 하에서 물 또는 젤과 균열지지체를 주입하여 주입정과 생산정에서 각각 수리자극이 이루어졌으며, 그 결과 주입지수가 $0.97m^3/(hr^*MPa)$에서 $7.5m^3/(hr^*MPa)$로 증가하였고 생산성지수는$2.4m^3/(hr^*MPa)$에서 $10.1m^3/(hr^*MPa)$로 4.25배 증가했다. 그러나 주입정과 생산정을 연결하는 순환수리시험에서는 2년간 생산성지수가 $8.9m^3/(hr^*MPa)$에서 $0.6m^3/(hr^*MPa)$까지 감소했다. 화산암층에서의 수리자극에 대해 전단 미끄러짐 해석을 수행한 결과 전단균열의 발생 방향 및 요구되는 유체 압력을 실제 수리자극 결과와 유사하게 예측해 냈다. 화산암층에서의 수리자극 시 미소진동을 관측한 결과 모멘트 규모 -1.8에서 -1.0 범위의 미소진동이 80회 나타나 미소진동의 발생은 극히 미미했다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권4호
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• pp.527-546
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• 2016

This paper discusses improvements of compressibility, permeability, static and liquefaction strengths of in-situ soils by grouting. Both field testing and laboratory evaluation of the on-site samples were conducted. The improvement of soils was influenced by two main factors, i.e., the grout materials and the injection mechanisms introduced by the field grouting. On-site grout mapping revealed the major mechanism was fracturing accompanied with some permeation at deeper zones of sandy soils, where long-gel time suspension grout and solution grout were applied. The study found the compressibility and swelling potential of CL soils at a 0.5 m distance to grout hole could be reduced by 25% and 50%, respectively, due to the grouting. The effect on hydraulic conductivity of the CL soils appeared insignificant. The grouting slightly improved the cohesion of the CL soils by 10~15 kPa, and the friction angle appeared unaffected. The grouting had also improved the cohesion of the on-site SM soils by 10~90 kPa, while influences on the friction angle of soils were uncertain. Liquefaction resistances could be enhanced for the sandy soils within a 2~3 m extent to the grout hole. Average improvements of 40% and 20% on the liquefaction resistance were achievable for the sandy soils for earthquake magnitudes of 6 and ${\geq}7.5$, respectively, by the grouting.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1999년도 연약지반처리위원회 학술세미나
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• pp.1-13
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• 1999

The use of Compaction Grouting evolved in the 1950's to correct structural settlement of buildings. Over the almost 50 years, the technology has developed and is currently used in wide range of applications. Compaction Grouting, the injection of a very stiff, 'zero-slump' mortar grout under relatively high pressure, displaces and compacts soils. It can effectively repair natural or man-made soil strength deficiencies in variety of soil formations. Major uses of Compaction Grouting include densifying loose soils or fill voids caused by sinkholes, poorly compacted fills, broken utilities, improper dewatering, or soft ground tunneling excavation. Other application include preventing liquefaction, re-leveling settled structures, and using compaction grout bulbs as structural elements of minipiles or underpinning. The technique replaced slurry injection, or 'pressure grouting', as the preferred method of densification grouting. There are several reasons for the increased use of Compaction Grouting which can be summarized in one word: CONTROL. The low slump grout and injection processes are usually designed to keep the grout in a homogeneous mass at the point of injection, while acceptable in some limited applications, tends to quickly get out of control. Hydraulic soil fracturing can cause extensive grout travel, often well beyond the desired treatment zone. So, on the basis of the two case history constructed in recent year, a study has been peformed to analyze the basic mechanism of the Compaction Grouting and verify the effectiveness of the ground improvement using some test methods.

• 한국농공학회논문집
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• 제56권6호
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• pp.113-119
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• 2014

This study aims to evaluate the behavior of poorly-compacted raised reservoir levee with water level raising by using centrifugal model test. From the test results, it seems that the hydraulic fracturing at the core of the raised reservoir levee with low degree of compaction possibly occurs due to the drastical increase of pore water pressure by water level raising. Additionally, the continuous infiltration may induce crack and/or sinkhole on the surface of the poorly-compacted raised reservoir levee owing to the increase of the subsidences at the crown and the front side of that. Therefore, reasonable construction management for the compaction of the raised reservoir levee is needed.

• 터널과지하공간
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• 제24권6호
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• pp.418-429
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• 2014

지열에너지, 원유회수증진을 포함한 석유/가스개발, 셰일가스 개발과 이산화탄소 지하저장(CCS)의 네가지 에너지개발기술에서 시추공 유체주입 및 배출과정에서 발생하는 유발지진에 관하여 문헌조사를 통하여 사례를 분석 하였다. 기술문헌에 보고된 가장 큰 유발지진은 지하 저류층으로 큰 부피의 유체가 주입 된데 비하여 배출은 적어 평형이 취해지지 않았던 프로젝트와 관련이 있다. 자료의 통계적 분석 결과, 주입되고 배출된 유체의 순주입량의 정도가 지하의 응력조건, 공극유압 등 유발지진을 일으키는 여러 요인들을 포함하여 표현하는 단일변수 역할 을 할 수도 있다는 것을 보여주고 있다. 따라서 지열개발과 대부분의 석유, 가스개발과 같은 에너지 개발프로젝트는 총 주입량과 총 배출량의 평형을 유지하도록 설계 함으로서 유발지진이 일어날 확률을 대폭 줄일 수도 있다. 반면에 장기간에 걸쳐 많은 양을 주입하는 폐수 처리정이나 CCS 프로젝트가 보다 큰 유발지진을 일으킬 개연성이 있는 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제46권4호
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• pp.359-373
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• 2013

셰일은 입자의 크기가 매우 작은 쇄설성 퇴적물이 고화되어 형성된 퇴적암으로 암석화되는 과정에서 유기물을 잘 보전하는 특성을 가지고 있어 전통적으로 석유나 가스의 탐사 및 개발에서 탄화수소를 생성하는 근원암의 역할을 하였다. 또한 셰일층은 매우 낮은 투과율 때문에 불투과층으로 인식되어 트랩을 형성하는 덮개암의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 최근 수평채굴과 수압파쇄 등 시추 기술의 획기적인 발달로 북미를 중심으로 셰일층 내에서 막대한 양의 가스를 발견하고 상업적으로 생산함에 따라 셰일을 석유나 가스를 생산하는 지층뿐만이 아니라 탄화수소를 저장하는 저류층으로 새롭게 인식하게 되었다. 셰일층의 지화학 평가 기술은 셰일 내에 함유된 유기물의 특성을 지화학 분석을 통해 파악하여 유기물의 석유 및 가스 생성 능력을 평가하는 기술인데 최근에는 셰일층내에 생성된 가스가 저장되어 있는 셰일 가스층을 평가하고 탐사하는 데에 적용되고 있다. 셰일 가스층을 정확하게 평가하기 위해서는 탄화수소의 생성과 집적 그리고 매장량 예측에 영향을 미치는 지화학적인 과정과 특성을 정확히 이해하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 셰일층 내에서 탄화수소 생성 메카니즘을 살펴보고 셰일층 평가 및 특성화에 활용되는 지화학 분석 기술을 고찰하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.56-60
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• 2013

Non-conventional oil resources such as shale gas are becoming increasingly important and have drawn the attention of several major oil companies all over the world. Nevertheless, the market-changing growth of shale gas production in recent years has resulted in the emergence of environmental and water management challenges. This is because the water used in the hydraulic fracturing process contains large amount of pollutants including ions, organics, and particles. Accordingly, the treatment of this flowback water from shale gas plant is regarded as one of the key technologies. In this study, we examined the feasibility of membrane distillation as a treatment technology for the water from shale gas plants. Direct contact membrane distillation (DCMD) is a thermally-driven process based on a vaper pressure gradient across a hydrophobic membrane, allowing the treatment of feed waters containing high concentration of ions. Experiments were carried out put in the lab-scale under various conditions such as membrane types, temperature difference, flow rate and so on. Synthetic feed water was prepared and used based on the data from literature. The results indicated that DCMD is suitable for treating not only low-range flowback water but also high-range flowback water. Based on the theoretical calculation, DCMD could have over 80% of recovery. Nevertheless, organic pollutants such as oil and surfactant were identified as serious barriers for the application of MD. Further works will be required to develop the optimum pretreatment for this MD process.